人教版選修(3-5)《核力與結(jié)合能》學(xué)案

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1、 4 / 4 新 人 教 版 選 修 ( 3 - 5 ) 核 力 與 結(jié) 合 能 學(xué) 案 分子，使分子結(jié)合成液體和固體。一長程力 第十九章原子核 第5節(jié)核力與結(jié)合能 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1、知道核力的概念和特點(diǎn)，能簡單解釋輕核與重核內(nèi)中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)具有不同比例的原 因。 2、通過合作探究理解結(jié)合能的概念，會(huì)根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計(jì)算核反應(yīng)中釋放 的核能。 3、積極投入學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己的理解、推理及數(shù)學(xué)計(jì)算能力。 【重難點(diǎn)】 重點(diǎn)是質(zhì)量虧損及愛因斯坦的質(zhì)能方程的運(yùn)用 灘點(diǎn)是對結(jié)合能的理解。 【新課導(dǎo)入】 原子核的半徑約為 10 -15m，只

2、相當(dāng)原子半徑的萬分之一。在這么小的空間里帶正電的質(zhì) 子與質(zhì)子間的庫侖斥力是很大 ，萬有引力太小，只有庫侖力的10-36。那么質(zhì)子為什么能擠在 一起而不飛散？會(huì)不會(huì)在原子核中有一種過去不知道的力 ，把核子束縛在一起了呢 ？今天就 來學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容，也就是第五節(jié)：核力與結(jié)合能 【問題導(dǎo)學(xué)】 學(xué)點(diǎn)I核力與四種基本相互作用 1、定義：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做 2、閱讀教材核力的特點(diǎn)部分，討論、總結(jié)并回答核力特點(diǎn)： (1 )核力是 J強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)。 (2)核力是 力，作用范圍在 m 之內(nèi)。距離大于 0.8X10-15m時(shí)為—力，距離為 10X10-15m時(shí)核

3、力 距離小于0.8X10-15m時(shí)為—力。 (3)核力具有 性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力 ，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生 作用。 一弱相互作用(弱 3、除核力外，核物理學(xué)家還在原子核內(nèi)發(fā)現(xiàn)了自然界的第四種相互作用 力)，弱相互作用是引起 的原因，即引起中子轉(zhuǎn)變質(zhì)子的原因。弱相互作用也是短程力 其力程比強(qiáng)力更短，為10 -18m,作用強(qiáng)度則比電磁力小。 ［拓展］弱力、強(qiáng)力、電磁力、引力和分別在不同的尺度上發(fā)揮作用： ①弱力(弱相互作用)：弱相互作用是引起原子核 3衰變的原因一短程力 ②強(qiáng)力(強(qiáng)相互作用)：在原子核內(nèi) ，強(qiáng)力將核子束縛在一起一短程力 ③電磁力：電磁力在原子

4、核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子 ，使原了結(jié)合成 ④引力：引力主要在宏觀和宇觀尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn) ，并且 聯(lián)系著星系團(tuán)，決定著宇宙的現(xiàn)狀。一長程力 學(xué)點(diǎn)II原子核中質(zhì)子與中子的比例 觀察穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系圖 你有什么發(fā)現(xiàn)？ 從圖中可以看出： 自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致 _,_但對于較重的原子核，中 子數(shù)_質(zhì)子數(shù),越重的元素，兩者相差越多。 閱讀教材思考為什么隨著原子序數(shù)的增加 ，穩(wěn)定原子核中的中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)？(提示：從 電磁力和核力的作用范圍去考慮) 學(xué)點(diǎn)田結(jié)合能 由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，原子核是一個(gè)堅(jiān)固的集合體。

5、要把原子核拆散成核子 ，需要 克服核力做巨大的功，，或者需要巨大的能量。例如用強(qiáng)大的 丫光子照射笊核，可以使它分解 為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。從實(shí)驗(yàn)知道只有當(dāng)光子能量等于或大于 2.22MeV 時(shí),這個(gè)反應(yīng) 才會(huì)發(fā)生。 這表明要把原子核分開成核子要吸收能量 ，這個(gè)能量叫做原子核的 。原子核越 大,它的結(jié)合能越一因此有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比 ，稱做，— 也叫平均結(jié) 合能。比結(jié)合能越 —，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固 ，原子核越穩(wěn)定。 說明： 1、結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而 的能量，而是為把核子分開而 的能 量。 2、不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的 ，從圖19.5-3可以看

6、出：核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù) 較大的重核，比結(jié)合能都比較 一 中等核子數(shù)的原子核的比結(jié)合能最 一表示這些原子核最 穩(wěn)定 3、當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時(shí) ，就可以釋放核能。例如，一個(gè) 核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核 ，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核 子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。 學(xué)點(diǎn)IV質(zhì)量虧損 1、如何測量計(jì)算原子核的結(jié)合能呢？閱讀課本 81頁根據(jù)質(zhì)能方程自己完成例題。 2、請寫出愛因斯坦的質(zhì)能方程以及質(zhì)量虧損的定義。 注意：①物體的質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量有關(guān)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。 ，質(zhì)量虧損指的是靜止質(zhì)量

7、的減少，減少的靜 ②質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，只是靜止質(zhì)量的減少。 ③在核反應(yīng)中仍然遵守質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律 ； ④質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)變多少的一種量度。 3、核能的計(jì)算方法 (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算，步驟如下：①根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧 損△ m ;②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 E = mc2或△E=4m c2計(jì)算核能；③計(jì)算過程中△ m 的單位是千克，△E的單位是焦耳 (2)利用原子質(zhì)量單位 u和能量單位eV計(jì)算，明確原子質(zhì)量單位 u和eV之間的關(guān)系 即1u相當(dāng)于931MeV ，根據(jù)此關(guān)系可用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原

8、子質(zhì)量單位數(shù) 乘以931MeV ，即△E=4mK 931MeV ，此式中^ m 的單位是 u, △ E的單位是 MeV (3)利用平均結(jié)合能來計(jì)算核能 (4)根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒來計(jì)算核能 (5)應(yīng)用阿伏伽德羅常數(shù)計(jì)算核能 【自學(xué)檢測】 請同學(xué)們把課本82頁的問題與練習(xí)做在下面 1、科學(xué)研究表明，自然界存在四種基本相互作用 ，我們知道分子之間也存在相互作用的引力 和斥力，那么分子力實(shí)質(zhì)上屬于( ) A、引力相互作用 B 、電磁相互作用 C、強(qiáng)相互作用和弱相互作用的共同作用 D 、四種基本相互作用的共同作用 2、關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中 ，正確的是( ) A、核子結(jié)合

9、成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能 B、比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 ，因此它的結(jié)合能也一定越大 C、重核與中等質(zhì)量原子核相比較 ，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大 D、中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大 3、下列說法中，正確的是() A.愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量 ，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化 B.由E=mc 2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊(yùn)藏的能量 的量度 C.核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成的 D.因在核反應(yīng)中能產(chǎn)生能量 ，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總 質(zhì)量并不守恒

10、 4、已知一個(gè) U235 核吸收一個(gè)中子后可能發(fā)生的反應(yīng)是 235u +0g 146Ba+92Kr +30n,若 U235核的質(zhì)量為 M,中子的質(zhì)量為 mo,Ba141 核的質(zhì)量為 m 1 ,Kr92 核的質(zhì)量為 m2,真 空中的光速c ,則該核反應(yīng)釋放的能量 E = 5、已知1個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量 mp=1.007 277u,1 個(gè)中子的質(zhì)量 mn=1.008 665u.氨核的質(zhì) 量為4.001509 u. 這里u表示原子質(zhì)量單位,1 u=1.660566 X 10 -27 kg.由上述數(shù)值，計(jì) 算2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成氨核時(shí)釋放的能量。 【拓展提升】 1、在正負(fù)電子 湮滅”實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生的

11、兩個(gè)光子的總能量為多少 ？(已知m e=0.000549u) 2、原來靜止的質(zhì)量為 m 0的原子核，放出“粒子后轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量為 m i的原子核，該新核在其 運(yùn)動(dòng)方向上又放出 a粒子而衰變成靜止的質(zhì)量為 m 1的原子核，試求兩個(gè)a粒子的動(dòng)能，已 知a粒子的質(zhì)量為m a. 3 、 ( 選 做 ) 已 知 28140 Po 原 子 核 質(zhì) 量 為 209.98287u, 20862 Pb 原 子 核 質(zhì) 量 為 205.97646u, 4 He原子核的質(zhì)量為 4.00260U, 靜止的284 Po核在&衰變中放出 &粒子 后變成 20862 Pb, 求： (1) 在衰變過程中釋放的能量；

12、 (2) a粒子從Po核中射出時(shí)的動(dòng)能； (3) 反沖核的動(dòng)能． (已知 lu=931.5MeV, 且核反應(yīng)釋放的能量只轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 ) 【當(dāng)堂檢測】 1 、下列關(guān)于核力的說法中正確的是( ) A 、核力就是電磁力 B 、核力同萬有引力沒有什么區(qū)別 , 都是物體間的作用 C、核力與電荷有關(guān) D 、核力是短程力，作用范圍在1.5 x 10-15 m之內(nèi) 2 、兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)氦核 , 同時(shí)釋放一定的核能 , 若已知中子質(zhì)量為 l.0087u, 質(zhì)子質(zhì)量為 1.0773u, 氦核質(zhì)量為 4.0026u ．試計(jì)算用中子和質(zhì)子生 lkg 的氦 時(shí),要釋放的核能． 【小結(jié)與反思】